キャビティ
キャビティ（Cavity）とは、工学や製造業、特に金型を用いた成形加工において、製品の外形を形作るための「凹」側の空洞部分を指す用語である。一般的に、溶融した樹脂や金属が注入される空間そのものを指し、成形品の表面形状や寸法精度を決定する極めて重要な役割を果たす。製造現場では、固定側金型に配置されることが多く、対となる凸側の「コア」と組み合わさることで、最終的な製品の肉厚や形状が構成される。
射出成形におけるキャビティの構造と役割
射出成形において、キャビティは成形品の表面品質を左右する主要な要素である。金型が閉じられた際に形成される閉鎖空間に、高圧で流動状態の材料が充填されることで、その内壁形状が材料に転写される。この際、キャビティ内の空気やガスを逃がすためのベント（ガス抜き）の配置や、材料を導くためのゲート（注入部）の設計が不可欠である。充填された材料は冷却固化する過程で収縮するため、キャビティの寸法はあらかじめ材料の収縮率を計算に入れた「見込み寸法」で設計されるのが一般的である。
キャビティとコアの使い分け
金型を構成する二つの主要部品のうち、製品の外面を形作る側をキャビティ、内面や肉抜きを形作る側をコアと呼ぶ。多くの場合、キャビティは固定側に配置され、製品の意匠面（見た目に重要な面）を形成する。これに対して、コアは可動側に配置され、製品を金型から押し出すためのエジェクタピンなどの機構が組み込まれる。キャビティとコアの境界線はパーティングライン（PL）と呼ばれ、この位置の設定がバリの発生や製品の美観に直結するため、金型設計における最重要検討事項の一つとなる。
キャビティ数（個取り数）による生産性への影響
一つの金型内に設けられるキャビティの数は、製品の生産コストと生産速度に大きく影響する。単一の空間を持つものを「1個取り金型（シングルキャビティ）」、複数の空間を持つものを「多数個取り金型（マルチキャビティ）」と呼ぶ。多数個取りを行うことで一度の射出サイクルで複数の製品を得ることができるが、各キャビティへの材料の流入バランス（ランナーバランス）が崩れると、個体ごとに寸法誤差や成形不良が生じるリスクが高まる。そのため、精密部品の製造では、流路の幾何学的な均等配置が厳密に求められる。
材料選択とキャビティの耐摩耗性
キャビティの内壁は、成形時に高圧かつ高温の材料と直接接触し、さらに摩擦を受けるため、高い硬度と耐食性が要求される。特に、ガラス繊維などが混入された強化プラスチックを用いる場合、キャビティ表面の摩耗が激しくなるため、鋼材の選定や硬質クロムメッキ、PVDコーティングといった表面処理が施される。また、鋳造などの金属成形においても、溶融金属の熱衝撃に耐えうる特殊な工具鋼がキャビティ材として採用され、長期間の連続使用に耐える耐久性が確保される。
表面粗さと製品品質の相関
製品の光沢や透明度は、キャビティ表面の表面粗さに直接依存する。透明なレンズや装飾部品を製造する場合、キャビティ面は鏡面研磨（ラップ加工）によって極めて滑らかに仕上げられる。一方で、製品表面にシボ加工（微細な凹凸）を施す場合は、エッチングやレーザー加工によってキャビティ内壁に模様を刻み込む。これらの加工精度が不十分であると、製品にヒケや銀条（シルバー・ストリーク）といった外観不良が生じる原因となり、高度な熟練技術が必要とされる領域である。
成形工程における圧力管理
材料がキャビティ内に充填される際、内部には非常に高い圧力が掛かる。この内圧に耐えられず金型が開いてしまうと、パーティングラインから材料が漏れ出し、バリが発生する。適切な成形を行うためには、射出装置による保圧工程において、材料の収縮を補いながら一定の圧力を維持する必要がある。最新のスマート金型では、キャビティ内に圧力センサや温度センサを埋め込み、リアルタイムで内部状態をモニタリングすることで、品質の安定化を図る技術も普及している。
熱膨張と寸法精度の制御
高温の材料を注入する際、金型自体も加熱され熱膨張を起こす。この寸法変化を無視して設計すると、冷却後の製品が設計寸法から外れる原因となる。特に大型の製品や高精度な光学部品では、キャビティ周辺に配置された冷却水路の配置を最適化し、金型温度を一定に保つことが不可欠である。温度勾配が不均一であると、製品内部に残留応力が生じ、離型後の反りや歪みを引き起こすため、CAE解析（流動解析）を用いた事前シミュレーションが一般的に行われている。
共振器としてのキャビティ（高周波工学）
製造加工以外の分野では、マイクロ波工学や光学において、電磁波を特定の周波数で共振させるための閉空間もキャビティ（空洞共振器）と呼ばれる。金属で囲まれたこの空間内に電磁波を閉じ込めることで、特定の波長のみを増幅させることが可能となる。加速器や電子レンジの心臓部であるマグネトロン、レーザー発振器などに利用されており、機械的な形状精度が共振特性の精度を決定するという点では、成形加工におけるキャビティの概念と通底する精密さが求められる。
キャビティのメンテナンスと寿命
長期間の生産運用において、キャビティには材料から発生するガスによる腐食や、微細な傷、バリの蓄積などの経年劣化が発生する。これらを放置すると製品の品質低下を招くため、定期的な洗浄や磨き直しといったメンテナンスが不可欠である。特に医療機器や電子部品などの精密分野では、キャビティの状態管理が製造ラインの歩留まりに直結するため、ショット数（成形回数）に基づいた厳格な保全計画が立てられる。金型の寿命は、キャビティの損傷限界によって決定されることが多い。
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